Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

Ответ теперь прост: частицы – это кванты квантовых полей; свет образован квантами поля; пространство – это не более чем поле, которое также состоит из квантов; время появляется из процессов в тех же полях. Другими словами, мир целиком состоит из квантовых полей (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Из чего состоит мир? Из одного-единственного ингредиента – ковариантных квантовых полей

Эти поля не живут в пространстве-времени; они, так сказать, просто живут: одно поверх другого – поля на полях. Пространство и время, которые мы воспринимаем в крупных масштабах, это наш размытый и приблизительный образ одного из этих квантовых полей – гравитационного поля.

Поля, которые живут сами по себе, не нуждаясь в пространстве-времени в качестве субстрата или опоры, и которые способны сами порождать пространство-время, называются ковариантными квантовыми полями. Сущность, составляющая наш мир, радикально упростилась за последние годы. Мир, частицы, свет, энергия, пространство и время – все это есть не что иное, как проявление одного-единственного типа сущностей – ковариантных квантовых полей.

Ковариантные квантовые поля стали сегодня лучшим описанием того, что мы можем назвать апейроном (ἄπειρον) – первичной субстанцией, из которой образовано все остальное. Это понятие выдвинул человек, который, вероятно, может быть назван первым ученым и первым философом, – Анаксимандр[109].

Граница между искривленным и непрерывным пространством эйнштейновской общей теории относительности и дискретными квантами квантовой механики, помещенными в плоское однородное пространство, исчезает. Кажущегося противоречия больше нет. Между континуумом пространства-времени и квантами пространства отношения такие же, как между электромагнитными волнами и фотонами. Волны дают приближенное крупномасштабное представление о фотонах. Фотоны – это способ, которым взаимодействуют волны. Непрерывные пространство и время – это крупномасштабный образ динамичных квантов гравитации. Кванты гравитации – это способ, которым взаимодействуют пространство и время. Одна и та же математика согласованно описывает квантовое гравитационное поле и другие квантовые поля.

Концептуальная цена, уплаченная за это, – отказ от традиционных идей пространства и времени в качестве общих структур, в рамки которых помещается мир. Пространство и время – это приближения, которые возникают лишь в крупных масштабах. Кант, по-видимому, был прав, утверждая, что субъект знания и его объект неразделимы, но он определенно ошибался, когда рассматривал ньютоновские пространство и время как априорные формы знания, неотъемлемые составляющие грамматики, необходимой для понимания мира. Эта грамматика изменилась и продолжает изменяться с ростом нашего знания.

Общая теория относительности и квантовая механика в конечном счете не настолько несовместимы, как это кажется. При тщательном рассмотрении они пожимают руки и замечательно вступают в диалог. Пространственные отношения, которые составляют суть эйнштейновского искривленного пространства, это ровно те же взаимодействия, которые составляют суть отношений между системами в квантовой механике. Две теории становятся совместимыми и объединяются подобно двум сторонам одной монеты, как только мы понимаем, что пространство и время – это проявления квантового поля и что квантовые поля могут существовать, даже не будучи помещенными во внешнее пространство.

Эта утонченная картина фундаментальной структуры физического мира и есть предлагаемый сегодня квантовой гравитацией новый взгляд на реальность.

Главное преимущество, которое дает эта физика, состоит, как мы увидим в следующей главе, в исчезновении бесконечностей. Бесконечно малого больше не существует. Бесконечности, портящие жизнь в квантовой теории поля, предпосылкой которых служит представление о непрерывном пространстве, теперь исчезают, поскольку они порождаются именно этим физически некорректным допущением о непрерывности пространства. Сингулярности, в которых уравнения Эйнштейна теряют смысл, когда гравитационное поле становится слишком сильным, тоже исчезают: они возникают лишь в результате пренебрежения квантованием поля. Шаг за шагом фрагменты пазла встают на свои места. В последней части книги я остановлюсь на некоторых физических следствиях этой теории.

Может показаться странным и трудным думать о дискретных элементарных сущностях вне пространства и времени, отношения которых, однако, составляют суть пространства и времени. Но представьте, насколько странно должны были звучать слова Анаксимандра, когда он утверждал, что под нашими ногами находится такое же небо, как то, что мы видим у себя над головой. Или слова Аристарха, который пытался измерить расстояние от Земли до Луны и Солнца и обнаружил, что они находятся чрезвычайно далеко, а значит, представляют собой не небольшие шары, а гигантские, и Солнце многократно превосходит размерами Землю. Или выводы Хаббла, когда он понял, что маленькие туманные облачка не звездном небе – это колоссальные скопления далеких звезд…